CN1045176C - 一种无冒口铸造用铸型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无冒口铸造用铸型。它是利用高温金属流过浇口的热效应，使浇口内金属液降温变慢，液态停留时间长，对前期进入的金属液，在一定的压力头作用下，向顶面已凝固结壳的铸件内部自下而上地压入金属液，补偿其内部金属液的液态收缩和凝固收缩所需的金属液量，当铸件内部达到胀缩相等或全部凝固时，浇口封闭。本发明在不增加任何设备的情况下，明显提高产品的出品率和质量。

Description

一种无冒口铸造用铸型

本发明涉及一种铸造用铸型，特别是一种反重力自由浇冒一体的铸型，属于铸造技术领域。

目前铸铁件的小冒口和无冒口技术已在生产中得到应用，但一直认为是由于铸铁中石墨化膨胀的缘故，如《铸造》杂志1991年第4期上发表的“铸铁件的小冒口、无冒口技术”一文指出“球铁件和灰铁件的凝固特点是既有收缩又有石墨析出的膨胀，膨胀和收缩的叠加与均衡，造成了铸铁件的自补能力，铸铁件的小冒口和无冒口的机理是利用石墨化膨胀及其产生的压力来抵偿收缩”。但是根据该理论指导生产，产品质量不稳定，经常出现缺陷，造成了更大的报废，苏联专利US1199-431和SU662-238分别公开了一种反重力方向注入金属液的铸造方法，但这种方法是将浇注系统与冒口分开设计，其出品率低，如果冒口补缩不当，也易出现质量问题。欧洲专利EP103485A、美国专利US2291788及公告号为CN1059485A和CN1034876A的中国专利申请，都公开了一种反重力方向浇补铸造方法，但均是通过某种设备外加压力实现反重力浇补的，因而受到设备、铸件结构及大小、作业场地的限制，且成本高，生产效率低。

本发明的目的是针对已有技术的不足，提出一种无冒口铸造用铸型，在不增加任何设备的情况下，实现铸件的无冒口铸造，以提高产品的质量及出品率。

本发明的铸型浇注系统是：

(1)直浇口(1)的直径Φ(单位mm)为： $\mathrm{\Φ}=\sqrt{\frac{4W\·\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\π}{h}_2\·\mathrm{\γ}}}$ 其中：W为铸件(3)的重量，单位kg，

 ε为铸件(3)的需补率，取值范围为0～25％，

 γ为铸件(3)的比重，

 h₂为直浇口(1)的高度，单位mm，

 h₂＝H-h₁

 h₁＝Ltgα

其中：H为直浇口(1)的高度，单位mm

h₁为直浇口(1)内最终金属液面的高度，单位mm

L为铸件(3)自距直浇口(1)最远最高点至直浇口(1)之间的距离，单位mm，

α为压力角，取值范围为0～27°；

(2)内浇口(或横浇口)(2)的阻流横截面积S(单位mm²)为： $S=\frac{\mathrm{\δ}\·W}{44.3\mathrm{\γ\μt}\sqrt{\mathrm{Hf}}}$ 其中δ为修正系数，取值范围为0.5～3，

μ为流量系数，取值范围为0.35～0.8，

t为浇铸时间，单位s，

Hf为直浇口(1)内金属液流入铸型内的平均压力头，单位mm， $\mathrm{Hf}=H-\frac{f^2}{2C}$ 其中C为铸件(3)的高度，单位mm，

f为内浇口(2)中线线距铸件(3)顶面的距离，取值范围为0～C，单位mm， $t=\frac{C}{V}$ 其中，V为铸型内金属液上升的最低速度，单位mm/s，取值范围为

           铸件(3)壁厚(mm)           V(mm/s)

                 ＜4                 150～30

                 4～10               30～20

                 10～40              20～10

                 ＞40                10～0.5；

(3)内浇口(2)的数量和大小为：

W＜500kg时，n＝1

500kg＜W＜1500kg时，n＝2

1500kg＜W＜3000kg时，n＝3其中，n为内浇口(2)的数量，

内浇口(2)采用竖直(或水平)斜向开放缝隙， $l=\frac{\mathrm{tf}\·S}{b}$ 其中，l为内浇口(2)的深度，单位mm

tf为内浇口(2)的开放系数，取值范围为0.2～10，单位mm

b为内浇口(2)的宽度，单位mm。

本发明的原理是：利用高温金属溶液流过浇口的热效应，使浇口内金属液降温的速度变慢，液态停留时间长。对前期进入的金属液是在一定压力头(H)作用下，向顶面已凝固结壳的铸件内部自下而上地压入金属液，补偿其内部金属液的液态收缩和凝固收缩所需的金属液量(M)，当铸件内部达到胀缩相等或全部凝固时(此时间为t)，浇口封闭不再提供金属液。在设计上将浇注系统与冒口联为一体，利用浇口的热效应作用，通过加高和加大浇口，实现反重力方向缩补。

本发明在不增加任何设备的情况下，将浇注系统与冒口联为一体，实现了铸件的无冒口铸造，使产品的工艺出品率达到97％，且质量好。

图1是本发明铸型的浇注系统的示意图。

图2是沿图1A-A线的剖视图。

图3是本发明铸型的浇注系统的一个实施例。

下面结合附图对本发明作详细描述。

实现本发明目的的4个关键要素是：

H：浇口高度，高度要保证反重力方向的压力；

M：补偿铸件收缩量所需的金属液的重量；

t：铸件全部凝固的时间；

f：每浇口的位置，用内浇口中心线距铸件顶面的距离表示。

保证这些要素有3个必要的条件，即：直浇口1要有一定的压力头高度H；直浇口1要有补偿铸件收缩的金属液M；内浇口2必须在铸件3自补或凝固完毕之后封闭。参照图1、图2，可通过下面的方法，确定所需的参数。

1.根据铸件3在铸型中的位置，确定h₁，为使直浇口1内的金属液能保证补缩至铸件3最远最高的部位，必须使直浇口1内的最终液面高度与应补缩铸件最高最远部位之间，有足够的压力头。

h₁＝Ltgα

α的取值范围为0～27°，一般取6～14°。

2.检查H，必须保证H-h₁＞0。一般情况下，由于铸型上箱高度基本是确定的，即H基本是确定的，若H-h₁＜0，可再增加一个上箱或加高加大直浇口1和出气冒口4。

金属液面下降的高度h₂＝H-h₁。

3.确定直浇口1的直径Φ，由直浇口1内金属液面下降的重量必须等于铸件3的需补量，得出： $\mathrm{\Φ}=\sqrt{\frac{4W\·\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\π}{h}_2\·\mathrm{\γ}}}$

4.计算出Φ值后，结合H值比较，看是否符合实际，如果Φ值太大，可考虑提高H。

5.确定内浇口2的位置

f的取值范围为0～C，一般为1/2T～2/3C，其中T为铸件3内有空腔时，铸件3顶面的壁厚。

6.计算内浇口(或横浇口)2的阻流面积 $S=\frac{\mathrm{\δ}\·W}{44.3\mathrm{\γ\μt}\sqrt{\mathrm{Hf}}}$

式中： $\mathrm{Hf}=H-\frac{f^2}{2C}$ $t=\frac{C}{V}$

V为铸型内金属液上升的最低速度，其取值范围为：

        铸件(3)壁厚(mm)           V(mm/s)

              ＜4                 150～30

              4～10               30～20

              10～40              20～10

              ＞40                10～0.5

7.确定内浇口2的数量和大小，W＜500kg时，n＝1；500kg＜W＜1500kg时，n＝2；1500kg＜W＜3000kg时，n＝3。

采用竖直(或水平)斜向开放缝隙浇口， $l=\frac{\mathrm{tf}\·S}{b}$

b的取值范围为0.5T～5T(如图2所示)。

得出所需的参数：H、Φ、S、f、n、b、l值。由此得出的直浇口2的直径比现有铸型的浇口直径大，除自身冷却凝固外，还要储备供铸件内部收缩的量。内浇口2的尺寸也相应加大，浇注时，使得铸型内形成一个向浇口处递增的温度场，有利于缩补内浇口2的引入位置，宜在非加工面。浇口杯顶面覆盖保温，则效果更佳，同时可以实现对铸钢和有色金属的无冒口铸造。

图3是本发明的一个实施例。

1.根据铸件生产的工艺原则，结合实际情况，确定浇注位置，上砂箱铸型高度为25mm，故H＝250mm＝25cm，

2.计算h₁，L＝850mm，α取13°，

则h₁＝850·tg13°＝200mm＝20cm，

3.检查H，H-h₁＞0，符合压力条件，

h₂＝H-h₁＝250-200＝50mm＝5cm，

4.计算直浇口直径：ε取0.46％，γ取0.007gk/cm#3，W＝294gk， $\mathrm{\Φ}=\sqrt{\frac{4W\·\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\π}{h}_2\mathrm{\γ}}}=\sqrt{\frac{4\×294\×0.46\%}{\mathrm{\π}\×5\×0.007}}=7\mathrm{cm}$

5.内浇口阻流面积：δ取1.2，γ取0.007gk/cm#3，μ取0.6，C为110mm，V取4mm/s， $t=\frac{C}{V}=\frac{110}{4}=27.5s$ 据图3中，f近似为零，则： $\mathrm{Hf}=H-\frac{f^2}{2C}=H=25\mathrm{cm},$ $S=\frac{\mathrm{\δ}\·W}{44.3\mathrm{\γ\μt}\sqrt{\mathrm{Hf}}}=\frac{1.2\×294}{44.3\×0.007\×0.6\×27.5\×\sqrt{25}}=14c{m}^2$

6.确定内浇口2的道数n

因为W＝29gk＜500gk，故n＝1，

7.确定内浇口2的形式和大小尺寸，

内浇口2采用竖直缝隙浇口切线引入，

b取2.5cm，tf取1.3 $l=\frac{\mathrm{tfS}}{b}=\frac{1.3\×14}{2.5}=7\mathrm{cm}=70\mathrm{mm}$

即：直浇口1的高度为250mm，直径为70mm，内浇口2的道数为1，宽度为25mm，深度为70mm。用这种方法铸造，产品的工艺出品率为97％，且质量好。

Claims (1)

1.一种无冒口铸造用铸型，其特征在于，其浇注系统为：

(1)直浇口(1)的直径Φ(单位mm)为： $\mathrm{\Φ}=\sqrt{\frac{4W\·\mathrm{\ϵ}}{\mathrm{\π}{h}_2\·\mathrm{\γ}}}$ 其中：W为铸件(3)的重量，单位kg，

 ε为铸件(3)的需补率，取值范围为0～25％，

 γ为铸件(3)的比重，

 h₂为直浇口(1)的高度，单位mm，

 h₂＝H-h₁

 h₁＝Ltgα其中：H为直浇口(1)的高度，单位mm

  h₁为直浇口(1)内最终金属液面的高度，单位mm

  L为铸件(3)自距直浇口(1)最远最高点至直浇口(1)之间的距离，单位mm，

  α为压力角，取值范围为0～27°；

(2)内浇口(或横浇口)(2)的阻流横截面积S(单位mm²)为 $S=\frac{\mathrm{\δ}\·W}{44.4\mathrm{\γ\μt}\sqrt{\mathrm{Hf}}}$ 其中δ为修正系数，取值范围为0.5～3，

μ为流量系数，取值范围为0.35～0.8，

t为浇铸时间，单位s，

Hf为直浇口(1)内金属液流入铸型内的平均压力头，单位mm， $\mathrm{Hf}=H-\frac{f^2}{2C}$ 其中C为铸件(3)的高度，单位mm，

f为内浇口(2)中线线距铸件(3)顶面的距离，取值范围为0～C，单位mm， $t=\frac{C}{V}$ 其中，V为铸型内金属液上升的最低速度，单位mm/s，取值范围为

                  铸件(3)壁厚(mm)        V(mm/s)

       ＜4               150～30

       4～10             30～20

       10～40            20～10

       ＞40              10～0.5；

(3)内浇口(2)的数量和大小为：

W＜500kg时，n＝1

500kg＜W＜1500kg时，n＝2

1500kg＜W＜3000kg时，n＝3其中，n为内浇口(2)的数量，

内浇口(2)为竖直(或水平)斜向开放缝隙， $l=\frac{\mathrm{tf}\·S}{b}$ 其中，l为内浇口(2)的深度，单位mm

  tf为内浇口(2)的开放系数，取值范围为0.2～10，单位mm

  b为内浇口(2)的宽度，单位mm。

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